CN111933721A - 太阳能电池组件的前板及制备方法和柔性太阳能电池组件 - Google Patents
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Abstract
本发明给出了一种柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板;具有膜结构,膜结构包括若干Ti3O5镀膜层和若干SiO2镀膜层,若干Ti3O5镀膜层和若干SiO2镀膜层依次间隔分布。本前板起到防紫外线的效果。本发明还给出了一种制备上述的柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的方法,包括以下步骤:在蒸发源坩埚内添加镀膜材料;将待镀膜太阳能电池组件安装于镀膜伞架上;真空室内抽真空,开启加热;预熔镀膜材料;将前板在溅射室内进行真空镀膜;重复上述步骤,改变不同的镀膜材料,在前板表面形成膜结构,镀膜结束;本方法制备工艺简单、可操作性强,采用真空镀膜对环境无污染。本发明又给出了一种柔性太阳能电池组件,包括上述的柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池组件的前板,特别是一种柔性太阳能电池组件的具有抗紫外老化功能的前板。
本发明还涉及一种制备柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的方法。
本发明又涉及一种柔性太阳能电池组件。
背景技术
太阳能是一种清洁能源,随着科技与经济的发展,柔性太阳能电池组件相对于玻璃基太阳能电池组件具有重量轻、组件薄、及自身的柔韧性,可适应用于较多的应用场景。在未来新能源行业,柔性太阳能电池组件的研究与应用情景更加广阔。
因柔性组件封装层基本上都涉及一些聚合物等材料,而紫外线对有机高分子材料的老化等破坏作用比较高。
紫外辐射是指波长在200nm~400nm之间的太阳光辐射,包括3类:UV-A波长为315nm~380nm,UV-B波长为280nm~315nm,UV-C波长200nm~280nm。到达地球表面的太阳光线(290nm~2000nm)中紫外线约占13%,其中UV-A占97%,UV-B占3%,UV-C接近于0。紫外光(UV)虽然只占阳光的5%,但它却是造成户外产品耐用性下降的主要光照因素。
因塑料类制品在使用过程中,在太阳光中的紫外线的照射下,塑料的分子链,会发生降解,导致塑料制品的外观和物理机械性能下降。因此,使用要求高的塑料制品需要考虑其抗紫外效果,以抑制塑料的光老化,延长塑料制品的使用寿命。
现有的柔性太阳能电池组件抗紫外技术,主要是为了抑制紫外线到达太阳能电池芯片层,减弱紫外线对太阳能电池破坏的影响,相应的现有抗紫外老化的技术主要有如下:将柔性组件前板下一层的封装用胶膜EVA等胶膜,做的比较厚,以此来阻挡部分紫外线到达芯片层;在前板或前板下一层的封装用胶膜EVA等内添加一些紫外吸收剂,如水杨酸酯类等。
但现有抗紫外老化的技术具有以下缺点:
1.封装用胶膜做的比较厚,减弱了柔性组件轻、薄、柔的优点,且封装成本提高,相应的层压封装等工艺需要跟着调整;
2.添加紫外吸收剂,因主要都涉及聚合物材料,在高分子材料内添加紫外吸收剂等材料,合成制得的聚合物材料在生产制作过程中,一般污染都比较重,对环境不友好。
3.不添加紫外吸收剂的有机物薄膜,对紫外波段不截止,无法预防紫外老化的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构合理、预防紫外老化的柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板。
本发明还要解决的技术问题是提供一种制备柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的方法。
本发明又要解决的技术问题是提供一种柔性太阳能电池组件。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板;
本柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板具有膜结构,膜结构包括若干Ti3O5镀膜层和若干SiO2镀膜层,若干Ti3O5镀膜层和若干SiO2镀膜层依次间隔分布,靠近前板的第一层为Ti3O5镀膜层。
作为本发明的优选,所述的膜结构包括五层Ti3O5镀膜层和五层SiO2镀膜层,其中:
第1层镀膜材料为:Ti3O5,物理厚度为30.30~35.35nm;
第2层镀膜材料为:SiO2,物理厚度为56.32~62.39nm;
第3层镀膜材料为:Ti3O5,物理厚度为30.30~32.93nm;
第4层镀膜材料为:SiO2,物理厚度为56.89~62.48nm;
第5层镀膜材料为:Ti3O5,物理厚度为30.78~34.79nm;
第6层镀膜材料为:SiO2,物理厚度为56.34~60.66nm;
第7层镀膜材料为:Ti3O5,物理厚度为30.78~34.97nm;
第8层镀膜材料为:SiO2,物理厚度为56.34~60.63nm;
第9层镀膜材料为:Ti3O5,物理厚度为30.11~35.21nm;
第10层镀膜材料为:SiO2,物理厚度为18.98~22.30nm。
作为本发明进一步的的优选,第1层镀膜材料Ti3O5的物理厚度为33.35nm;
第2层镀膜材料SiO2的物理厚度为58.32nm;
第3层镀膜材料Ti3O5的物理厚度为32.93nm;
第4层镀膜材料SiO2的物理厚度为58.44nm;
第5层镀膜材料Ti3O5的物理厚度为32.9nm;
第6层镀膜材料SiO2的物理厚度为58.49nm;
第7层镀膜材料Ti3O5的物理厚度为32.87nm;
第8层镀膜材料SiO2的物理厚度为58.41nm;
第9层镀膜材料Ti3O5的物理厚度为33.21nm;
第10层镀膜材料SiO2的物理厚度为20nm。
本柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板可以基本截止紫外波段中UV-A315nm~380nm波段范围内的紫外线破坏性最强波段的光,紫外呈现高反,阻止了破坏性最强的紫外光进入前板及胶膜和太阳能电池芯片层,起到了防紫外的效果,抗紫外效果佳,避免了柔性太阳能电池组件紫外老化的问题。且镀膜层总厚度为418.90nm。膜层薄对柔性前板的影响小。
为解决上述技术问题,本发明还提供了一种制备上述的柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的方法,包括以下步骤:
a)将真空镀膜腔体内清洁干净,在蒸发源坩埚内添加镀膜材料,镀膜材料需要加平、夯实;
b)将待镀膜的柔性太阳能电池组件的前板清洗或擦拭干净后安装于镀膜伞架上;
c)真空室内抽真空至腔体内真空度不小于8.0×10-4Pa,同时开启腔体顶部和侧壁的加热丝加热;
d)预熔镀膜材料;
e)向真空腔体内通入离子源工作气体和中和器工作气体,离子源工作气体分别是氧气和氩气,中和器工作气体是氩气,待腔体真空稳定;
f)预热启动离子源和中和器,直至其电压电流加至正常工作参数;
g)将柔性太阳能电池组件的前板在溅射室内进行真空镀膜,按设计的膜系和镀膜工艺开始正常镀膜;
h)重复步骤a)至步骤g),改变不同的镀膜材料,在柔性太阳能电池组件的前板表面形成膜结构,镀膜结束;
其中,步骤g)中采用离子源辅助工艺,具体参数如下:
针对Ti3O5镀膜层,离子束电压为800~1100V,离子束电流为900~1500V,离子束加速电压为700~1000V,中和器的电流除以离子源电流为130~200%,离子源工作气体中氧气为50~80sccm、氩气为10sccm,中和器工作气体中氩气为8sccm,镀膜速率为加热机构温度70~200℃;
针对SiO2镀膜层,离子束电压为400~800V,离子束电流为700~1100V,离子束加速电压为700~1000V,中和器的电流除以离子源电流为130~200%,离子源工作气体中氧气为50~80sccm、氩气为0sccm,中和器工作气体中氩气为8sccm,镀膜速率为加热机构温度70~200℃。
作为本方法的优选,靠近前板的第一层Ti3O5镀膜时,质量流量计通入镀膜腔体内氧气流量为60~100sccm。
本方法制备工艺简单、可操作性强,采用真空镀膜对环境无污染,避免聚合物材料添加紫外等辅助剂制作时对环境造成的严重污染。且制备得到的柔性前板,在不减弱原柔性太阳能电池组件性能的前提下,起到很好的抗紫外老化的问题。
另外,(1)靠近前板的第一层镀膜时,降低沉积速率且不使用离子源辅助沉积,避免了沉积温度高和离子源离子束轰击时对塑胶前板表面的损伤,且第一层采用低速成膜,膜层附着力更佳。
(2)远离前板的最外层镀膜,追加一层低速沉积的SiO2薄膜,使得前板表面膜层更致密,水汽等阻隔效果更佳,避免膜层受环境的影响而被破坏。提高了组件前板的性能,延长了柔性太阳能组件的使用寿命。
为解决上述技术问题,本发明又提供了一种柔性太阳能电池组件,包括上述的柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板。
具有柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的柔性太阳能电池组件具有以下优点1.采用真空镀膜技术,在柔性组件前板上镀紫外截止,长波高透膜,起到抗紫外老化的作用。更好的保护柔性组件前板和电池。
2.因镀膜的前板为塑胶类基板,靠近前板的第一层采用低速镀膜,远离基板的最外层做SiO2保护层且低速成膜,膜层更致密,镀膜方法优于现有镀膜技术。
3.沉积薄膜薄,不影响柔性组件现有的轻薄柔等优异性能。
附图说明
图1是实施例一中柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的镀膜后光谱图之一。
图2是实施例一中柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的镀膜后光谱图之二。
图3是实施例一中柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的局部结构示意图。
具体实施方式
实施例一(图2为波长紫外区域量程缩小图)。
本制备柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的方法,包括以下步骤:
a)将真空镀膜腔体内清洁干净,在蒸发源坩埚内添加镀膜材料,镀膜材料需要加平、夯实;
b)将待镀膜的柔性太阳能电池组件的前板1清洗或擦拭干净后安装于镀膜伞架(镀膜工件架或基片架)上,柔性太阳能电池组件的前板1为PET材料;
c)真空室内抽真空至腔体内真空度不小于8.0×10-4Pa(或更高),同时开启腔体顶部和侧壁的加热丝加热;
d)预熔镀膜材料;
e)向真空腔体内通入离子源工作气体和中和器工作气体,离子源工作气体分别是氧气和氩气,中和器工作气体是氩气,待腔体真空稳定;
f)分步骤小电压、小电流慢慢地加大,先预热启动离子源和中和器,直至其电压电流加至正常工作参数;
g)将柔性太阳能电池组件的前板1在溅射室内进行真空镀膜,按设计的膜系和镀膜工艺开始正常镀膜;
h)重复步骤a)至步骤g),改变不同的镀膜材料,在柔性太阳能电池组件的前板1表面形成膜结构,镀膜结束;
i)镀膜结束后,真空保持,待前板1冷却后,向真空腔体内充入大气,破真空后取出前板1。
其中,步骤g)中采用离子源辅助工艺,具体参数如下表:
Material指镀膜所用的镀膜材料(五氧化三钛(Ti3O5)和二氧化硅(SiO2));IBS指离子源辅助工艺(IAD),离子源的相关工艺参数;BEAM指离子束;Voltage指离子束电压(单位伏特(V));Current指离子束电流(单位毫安(mA));E/B为中和器的电流除以离子源电流;ACC指离子束加速电压;Gas1-3为通入离子源和中和器工作的三路气体,分别为氧气、氩气、氩气(通入中和器)。Rate指镀膜速率(单位为埃每秒);Cleaning指离子源清洁基板的时间。Temperature指加热机构温度,分别有工件盘加热(Dome);光控片加热(MG);侧壁加热(Wall);MFC Flow指通过质量流量计通入镀膜腔体内氧气流量大小(单位sccm)。
采用上述的本制备柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的方法制备的制备柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板,柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板1具有膜结构,膜结构包括五层Ti3O5镀膜层和五层SiO2镀膜层,五层Ti3O5镀膜层和五层SiO2镀膜层依次间隔分布,靠近前板1的第一层为Ti3O5镀膜层。
层数 | 镀膜材料 | 物理厚度(nm) |
第1层1<sub>a</sub> | Ti<sub>3</sub>O<sub>5</sub> | 33.35 |
第2层1b | SiO<sub>2</sub> | 58.32 |
第3层1<sub>c</sub> | Ti<sub>3</sub>O<sub>5</sub> | 32.93 |
第4层1d | SiO<sub>2</sub> | 58.44 |
第5层1e | Ti<sub>3</sub>O<sub>5</sub> | 32.90 |
第6层1f | SiO<sub>2</sub> | 58.49 |
第7层1g | Ti<sub>3</sub>O<sub>5</sub> | 32.87 |
第8层1h | SiO<sub>2</sub> | 58.41 |
第9层1j | Ti<sub>3</sub>O<sub>5</sub> | 33.21 |
第10层1k | SiO<sub>2</sub> | 20.00 |
利用柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板组装形成柔性太阳能电池组件。
从图1和图2可知,a为反射率,b为透过率,对紫外波段中UV-A 315nm~380nm波段范围内的紫外线破坏性最强波段的光,基本都被截止了,紫外呈现高反,阻止了破坏性最强的紫外光进入前板1及胶膜和太阳能电池芯片层,起到了防紫外的效果,抗紫外效果佳,避免了柔性太阳能电池组件紫外老化的问题。且镀膜层总厚度为418.90nm。膜层薄对柔性前板1的影响小。
另外,(1)靠近前板1的第一层镀膜时,降低沉积速率且不使用离子源辅助沉积,避免了沉积温度高和离子源离子束轰击时对塑胶基板表面的损伤,且第一层采用低速成膜,膜层附着力更佳。
(2)远离前板1的最外层镀膜,追加一层低速沉积的SiO2薄膜,使得前板1表面膜层更致密,水汽等阻隔效果更佳,避免膜层受环境的影响而被破坏。提高了组件前板1的性能,延长了柔性太阳能组件的使用寿命。
实施例二
本制备柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的方法,镀膜采用卷绕式磁控溅射镀膜设备进行成膜,包括以下步骤:
a)前板采用PET材质(一整卷),将需要镀膜的前板,将整卷PET材质的前板放置于真空镀膜设备内;
b)真空镀膜设备抽真空,本底真空度至少抽至8.0×10-3Pa或更高。
c)向真空溅射室内通入工作气体Ar(高纯氩气,纯度99.999%或更高),至溅射室内工作气压在3.0×10-2Pa左右,先小功率开启靶材电源,待辉光放电正常后,逐步加大至正常溅射功率。通入反应气体O2(高纯氧气,纯度99.999%或更高),至靶材正常工作的功率及气体流量。
d)导入需要镀膜的成膜膜系。
f)将卷绕式PET薄膜,通过放卷引流设备,将PET薄膜传送至溅射室进行真空镀膜。
g)镀膜结束后,将镀膜后的PET卷材通过卷绕机构将其卷成一整卷。
h)检测,包装,入库。
其中,步骤f)中采用离子源辅助工艺,具体参数如下表:
Material指镀膜所用的镀膜材料(五氧化三钛(Ti3O5)和二氧化硅(SiO2));IBS指离子源辅助工艺(IAD),离子源的相关工艺参数;BEAM指离子束;Voltage指离子束电压(单位伏特(V));Current指离子束电流(单位毫安(mA));E/B为中和器的电流除以离子源电流;ACC指离子束加速电压;Gas1-3为通入离子源和中和器工作的三路气体,分别为氧气、氩气、氩气(通入中和器)。Rate指镀膜速率(单位为埃每秒);Cleaning指离子源清洁基板的时间。Temperature指加热机构温度,分别有工件盘加热(Dome);光控片加热(MG);侧壁加热(Wall);MFC Flow指通过质量流量计通入镀膜腔体内氧气流量大小(单位sccm)。
采用上述的本制备柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的方法制备的制备柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板,柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板具有膜结构,膜结构包括五层Ti3O5镀膜层和五层SiO2镀膜层,五层Ti3O5镀膜层和五层SiO2镀膜层依次间隔分布,靠近前板的第一层为Ti3O5镀膜层。
利用柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板组装形成柔性太阳能电池组件。
本实施例中的柔性太阳能电池组件可以达到与实施例一种相似的技术效果。
实施例三
本制备柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的方法,包括以下步骤:
a)将真空镀膜腔体内清洁干净,在蒸发源坩埚内添加镀膜材料,镀膜材料需要加平、夯实;
b)将待镀膜的柔性太阳能电池组件的前板清洗或擦拭干净后安装于镀膜伞架(镀膜工件架或基片架)上,柔性太阳能电池组件的前板为PET材料;
c)真空室内抽真空至腔体内真空度不小于8.0×10-4Pa(或更高),同时开启腔体顶部和侧壁的加热丝加热;
d)预熔镀膜材料;
e)向真空腔体内通入离子源工作气体和中和器工作气体,离子源工作气体分别是氧气和氩气,中和器工作气体是氩气,待腔体真空稳定;
f)分步骤小电压、小电流慢慢地加大,先预热启动离子源和中和器,直至其电压电流加至正常工作参数;
g)将柔性太阳能电池组件的前板在溅射室内进行真空镀膜,按设计的膜系和镀膜工艺开始正常镀膜;
h)重复步骤a)至步骤g),改变不同的镀膜材料,在柔性太阳能电池组件的前板表面形成膜结构,镀膜结束;
i)镀膜结束后,真空保持,待前板冷却后,向真空腔体内充入大气,破真空后取出前板。
其中,步骤g)中采用离子源辅助工艺,具体参数如下表:
Material指镀膜所用的镀膜材料(五氧化三钛(Ti3O5)和二氧化硅(SiO2));IBS指离子源辅助工艺(IAD),离子源的相关工艺参数;BEAM指离子束;Voltage指离子束电压(单位伏特(V));Current指离子束电流(单位毫安(mA));E/B为中和器的电流除以离子源电流;ACC指离子束加速电压;Gas1-3为通入离子源和中和器工作的三路气体,分别为氧气、氩气、氩气(通入中和器)。Rate指镀膜速率(单位为埃每秒);Cleaning指离子源清洁基板的时间。Temperature指加热机构温度,分别有工件盘加热(Dome);光控片加热(MG);侧壁加热(Wall);MFC Flow指通过质量流量计通入镀膜腔体内氧气流量大小(单位sccm)。
采用上述的本制备柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的方法制备的制备柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板,柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板具有膜结构,膜结构包括五层Ti3O5镀膜层和五层SiO2镀膜层,五层Ti3O5镀膜层和五层SiO2镀膜层依次间隔分布,靠近前板的第一层为Ti3O5镀膜层。
利用柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板组装形成柔性太阳能电池组件。
本实施例中的柔性太阳能电池组件可以达到与实施例一种相似的技术效果。
以上所述的仅是本发明的三种实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干变型和改进,这些也应视为属于本发明的保护范围,例如:(1)本发明实施例中仅仅以没有做过表面处理和未添加紫外吸收剂等辅助剂的柔性薄膜PET基板做成膜基板,也可以替换为现有的柔性组件前板当基板,当然,不仅仅包含现有的柔性组件前板材料,也可以替换为薄膜PC基板或PMMA等空白透明塑胶类等基板,(2)镀膜材料,不限于实施例中的,也可以替换为Ta2O5、HfO2、ZrO2等和SiO2组合,(3)膜系层数和物理厚度可以做适当的增减优化等。
Claims (7)
1.一种柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板,其特征为:
本柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板具有膜结构,膜结构包括若干Ti3O5镀膜层和若干SiO2镀膜层,若干Ti3O5镀膜层和若干SiO2镀膜层依次间隔分布,靠近前板的第一层为Ti3O5镀膜层。
2.根据权利要求1所述的柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板,其特征是:
所述的膜结构包括五层Ti3O5镀膜层和五层SiO2镀膜层,其中:
第1层镀膜材料为:Ti3O5,物理厚度为30.30~35.35nm;
第2层镀膜材料为:SiO2,物理厚度为56.32~62.39nm;
第3层镀膜材料为:Ti3O5,物理厚度为30.30~32.93nm;
第4层镀膜材料为:SiO2,物理厚度为56.89~62.48nm;
第5层镀膜材料为:Ti3O5,物理厚度为30.78~34.79nm;
第6层镀膜材料为:SiO2,物理厚度为56.34~60.66nm;
第7层镀膜材料为:Ti3O5,物理厚度为30.78~34.97nm;
第8层镀膜材料为:SiO2,物理厚度为56.34~60.63nm;
第9层镀膜材料为:Ti3O5,物理厚度为30.11~35.21nm;
第10层镀膜材料为:SiO2,物理厚度为18.98~22.30nm。
3.根据权利要求2所述的柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板,其特征是:
第1层镀膜材料Ti3O5的物理厚度为33.35nm;
第2层镀膜材料SiO2的物理厚度为58.32nm;
第3层镀膜材料Ti3O5的物理厚度为32.93nm;
第4层镀膜材料SiO2的物理厚度为58.44nm;
第5层镀膜材料Ti3O5的物理厚度为32.9nm;
第6层镀膜材料SiO2的物理厚度为58.49nm;
第7层镀膜材料Ti3O5的物理厚度为32.87nm;
第8层镀膜材料SiO2的物理厚度为58.41nm;
第9层镀膜材料Ti3O5的物理厚度为33.21nm;
第10层镀膜材料SiO2的物理厚度为20nm。
4.一种制备权利要求1至3中任一项所述的柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的方法,包括以下步骤:
a)将真空镀膜腔体内清洁干净,在蒸发源坩埚内添加镀膜材料,镀膜材料需要加平、夯实;
b)将待镀膜的柔性太阳能电池组件的前板清洗或擦拭干净后安装于镀膜伞架上;
c)真空室内抽真空至腔体内真空度不小于8.0×10-4Pa,同时开启腔体顶部和侧壁的加热丝加热;
d)预熔镀膜材料;
e)向真空腔体内通入离子源工作气体和中和器工作气体,离子源工作气体分别是氧气和氩气,中和器工作气体是氩气,待腔体真空稳定;
f)预热启动离子源和中和器,直至其电压电流加至正常工作参数;
g)将柔性太阳能电池组件的前板在溅射室内进行真空镀膜,按设计的膜系和镀膜工艺开始正常镀膜;
h)重复步骤a)至步骤g),改变不同的镀膜材料,在柔性太阳能电池组件的前板表面形成膜结构,镀膜结束;
其中,步骤g)中采用离子源辅助工艺,具体参数如下:
针对Ti3O5镀膜层,离子束电压为800~1100V,离子束电流为900~1500V,离子束加速电压为700~1000V,中和器的电流除以离子源电流为130~200%,离子源工作气体中氧气为50~80sccm、氩气为10sccm,中和器工作气体中氩气为8sccm,镀膜速率为加热机构温度70~200℃;
5.根据权利要求4所述的制备柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板的方法,其特征是:
靠近前板的第一层Ti3O5镀膜时,质量流量计通入镀膜腔体内氧气流量为60~100sccm。
7.一种柔性太阳能电池组件,其特征为:包括权利要求1至3中任一项所述的柔性太阳能电池组件的抗紫外老化前板。
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